Katalytische omzetting van moleculen met één koolstofatoom zoals methaan, kooldioxide (CO ₂ ), methanol (CH ₃ OH) en anderen in hoogwaardige chemicaliën is van groot belang voor een levensvatbare en duurzame chemische industrie. doctoraat kandidaat Miao Yu, van de TU/e-faculteit Chemische Technologie en Chemie, verkende de synthese van een alternatieve bouwsteen, methaanthiol (CH ₃ SH) -de zwavelanaloog van CH ₃ OH—van goedkope en overvloedige grondstoffen en de verdere omzetting van CH ₃ SH in olefinen, die veel worden gebruikt voor het maken van kunststoffen. De ontwikkeling van katalysatoren voor beide chemische reactiestappen legt de basis voor nieuwe industriële chemische processen. Yu zal zijn Ph.D. proefschrift op 2 december 2020.

Naast het vermogen om te worden omgezet in olefinen, CH ₃ SH wordt gebruikt als een belangrijke grondstof voor zwavelhoudende producten in de voedingsindustrie. Momenteel, het wordt geproduceerd door thiolering van CH ₃ OH, een proces dat het te duur maakt voor grootschalige productie. Directe synthese van CH ₃ SH uit eenvoudige chemicaliën zoals koolmonoxide en waterstofsulfide werd 30 jaar geleden al geprobeerd. Dit leidde tot de ontwikkeling van een klasse van alkali-bevorderde molybdeensulfide (K/MoS2) katalysatoren die, ondanks hun belofte, heeft het directe syntheseproces nog niet concurrerend genoeg gemaakt in vergelijking met de conventionele methanolroute.

Voor de volgende stap, Yu onderzocht het reactiemechanisme van CH ₃ SH-synthese in detail door geavanceerde spectroscopische en microscopische technieken. Deze nauwgezette studies leverden een verrassende uitkomst op:in plaats van kalium (K), cesium (Cs) presteert veel beter bij het bevorderen van de activiteit van de MoS ₂ katalysatoren. Bovendien, het bleek dat de MoS ₂ component is helemaal niet nodig - alkalisulfiden alleen kunnen CH . katalyseren ₃ SH-synthese. Deze inzichten maken het mogelijk om nieuwe katalysatoren te ontwikkelen die veel kosteneffectiever zijn, brengt ons een stap dichter bij grootschalige CH ₃ SH-synthese.

Nu er vooruitzichten zijn voor CH ₃ SH om een ​​goedkope chemische grondstof te worden, het is de moeite waard om de omzetting van dit eenvoudige molecuul in ethyleen te onderzoeken, dat is de belangrijkste bouwsteen voor polyethyleen. Hiertoe, het is noodzakelijk om koolstof-koolstofbindingen te maken. Gezien de analogie tussen CH ₃ OH en CH ₃ NS, Yu probeerde het reeds geïndustrialiseerde proces van methanol-naar-olefinen (MTO) na te bootsen. Een belangrijke ontdekking was dat bepaalde zeolieten met kleine poriën het vermogen hebben om de omzetting van CH . te katalyseren ₃ SH tot ethyleen met hoge selectiviteit in een nieuw chemisch proces dat de "methaanthiol-to-olefins (MtTO)-reactie" wordt genoemd.

Met zijn onderzoek Yu toont het potentieel van CH ₃ SH wordt een nieuwe C1-grondstof voor de chemische industrie. Indirect, dit kan bijdragen aan het verminderen van de uitstoot van broeikasgassen, omdat het mogelijk is om CO . te gebruiken ₂ kan ook als C1-grondstof worden gebruikt. Een volgende uitdaging is de directe synthese van methaanthiol uit CO ₂ om het totale proces te intensiveren.